Što je kvantno računanje i zašto o njemu ovisi budućnost Zemlje?

Računalna snaga dostiže kriznu točku. Ako nastavimo slijediti trend od uvođenja računala, do 2040. godine, nećemo imati sposobnost pokretanja svih svjetskih strojeva, osim ako ne uspijemo probiti kvantno računanje.

kako izraditi beton u minecraftu

Kvantna računala obećavaju brže brzine i snažniju sigurnost od svojih klasičnih kolega, a znanstvenici desetljećima teže stvaranju kvantnog računala.

Što je kvant i kako nam pomaže?

Kvantno računanje razlikuje se od klasičnog računanja na jedan temeljni način - način na koji se informacije pohranjuju. Kvantno računanje maksimalno koristi čudno svojstvo kvantne mehanike, koje se naziva superpozicija. To znači da jedna ‘jedinica’ može sadržavati mnogo više informacija od ekvivalenta koji se nalazi u klasičnom računanju.

Podaci se pohranjuju u komadići 'U državi' 1 ' ili ' 0 , ’Poput prekidača za svjetlo koji se uključuje ili isključuje. Suprotno tome, kvantno računanje može sadržavati jedinicu informacija koja može biti „ 1 , ’‘ 0 , ’Ili a superpozicija dviju država .

Zamišljajte superpoziciju kao sferu. ' 1 'Napisano je na sjevernom polu, i' 0 'Napisano je na jugu - dva klasična bita. Međutim, kvantni bit (ili qubit) može se naći bilo gdje između polova.

Kvantni bitovi koji se mogu istovremeno uključivati ​​i isključivati, pružaju revolucionarnu paradigmu visokih performansi u kojoj se podaci pohranjuju i obrađuju učinkovitije, rekao je Dr. Kuei-Lin Chiu Alphru 2017. dr. Chiu bio je istraživač kvantno-mehaničkog ponašanja materijala na Massachusetts Institute of Technology.

Sposobnost pohrane mnogo veće količine podataka u jednu jedinicu znači da kvantno računanje može biti brže i energetski učinkovitije od računala koja danas koristimo. Pa zašto je to tako teško postići?

Izrada qubita

Qubite, okosnicu kvantnog računala, teško je napraviti, a kad ih jednom uspostavimo, još ih je teže kontrolirati. Znanstvenici ih moraju natjerati na interakciju na specifične načine koji bi funkcionirali na kvantnom računalu.

Istraživači su za njihovu izgradnju pokušali koristiti supravodljive materijale, ione koji se nalaze u ionskim zamkama, pojedinačne neutralne atome i molekule različite složenosti. Međutim, učiniti ih je teškim da dugo drže kvantne informacije.

Pogledajte povezane Kako izraditi vlastito računalo

U nedavnom istraživanju znanstvenici s MIT-a osmislili su novi pristup, koristeći skup jednostavnih molekula napravljenih od samo dva atoma kao kubite.

Koristimo ultrahladne molekule kao 'qubits' Profesor Martin Zwierlein, vodeći autor rada, rekao je za Alphr 2017. Molekule su odavno predložene kao nosači kvantnih informacija, s vrlo povoljnim svojstvima u odnosu na druge sustave poput atoma, iona, supravodljivih qubita itd. Ovdje prvi put pokazujemo da takve kvantne informacije možete pohranjivati ​​dulje vrijeme u plinu ultrahladnih molekula. Naravno, eventualno kvantno računalo morat će također izvršiti proračune, na primjer, neka qubitovi međusobno komuniciraju kako bi ostvarili takozvana vrata. Zwierlein je nastavio, Ali prvo, morate pokazati da se čak možete držati kvantnih informacija, i to smo učinili.

Kubiti stvoreni na MIT-u zadržali su kvantne informacije duže od prethodnih pokušaja, ali još uvijek samo jednu sekundu. Ovaj bi vremenski okvir mogao zvučati kratko, ali zapravo je oko tisuću puta duži od usporedivog eksperimenta koji je izveden, objasnio je Zwierlein.

U novije vrijeme istraživači sa Sveučilišta New South Wales napravili su značajan iskorak u poticanju kvantnog računanja. Izumili su novu vrstu qubita nazvanu flip-flop qubit, koja koristi elektron i jezgru atoma fosfora. Njima upravlja električni signal umjesto magnetskog, što ih čini lakšim za distribuciju. Kubit 'flip-flop' djeluje tako da odvodi elektron od jezgre pomoću električnog polja, stvarajući električni dipol.

Iza qubitova

Međutim, znanstvenici ne smiju dokučiti samo qubite. Također trebaju odrediti materijal za uspješno stvaranje kvantnih računalnih čipova.

Chiu's papir , objavljen ranije 2017. godine, pronašao je ultra tanke slojeve materijala koji bi mogli biti osnova za kvantni računalni čip. Chiu je rekao Alphru, Zanimljivost ovog istraživanja je kako odabiremo pravi materijal, otkrivamo njegova jedinstvena svojstva i koristimo njegovu prednost za izgradnju prikladnog kubita.

Mooreov zakon predviđa da će se gustoća tranzistora na silicijskim čipovima udvostručiti otprilike svakih 18 mjeseci, rekao je Chiu za Alphr. Međutim, ovi progresivno skupljeni tranzistori na kraju će doseći male razmjere gdje kvantna mehanika igra važnu ulogu.

Mooreov zakon, na koji se Chiu pozvao, računalni je pojam koji je razvio suosnivač Intela Gordon Moore 1970. godine. Navodi da se ukupna procesorska snaga računala udvostručuje otprilike svake dvije godine. Kao što Chiu navodi, gustoća čipova se smanjuje - problem na koji kvantno računajući čipovi mogu potencijalno odgovoriti.

Je li kvantno računanje vrhunski vaporware?

Što je vaporware?

U slučaju da nikada niste čuli za taj izraz vaporware , u osnovi se radi o softverskom proizvodu koji se oglašava, ali još uvijek nije dostupan ili možda nikad neće postati dostupan. Primjer je softverski proizvod koji se intenzivno prodavao, ali nikada nije ugledao svjetlo dana.

Unatoč tome što ljudi desetljećima daju optimistična predviđanja o utjecaju kvantnih računala i raznim napretcima u poslovnom i istraživačkom okruženju, koliko smo blizu ostvarenju sna o kvantnom računanju? Je li ova situacija predviđanje budućeg vaporware-a ili će postati nešto korisno?

Zadubljujemo se u stvarnost kvantnog računanja u drugom članku. Ukratko, kvantno računalo vjerojatno će izvršiti vrlo nerealno računanje brže od uobičajenog računala u sljedećih godinu ili dvije. Međutim, to neće biti jednostavan postupak, a neće biti ni jeftin ni koristan za svakodnevne potrošače.